氢气富氧燃烧器和加热炉

本申请涉及燃烧器，特别是涉及氢气富氧燃烧器和加热炉。

背景技术：

1、加热炉大都以碳氢可燃气体如天然气、氢气、高炉煤气、焦炉煤气、发生炉煤气和混合煤气等作为燃料。通过提高常规空气中的氧浓度从而实现富氧燃烧，可以降低着火温度、提高炉膛燃烧温度和传热效率、减少排烟损失，将之用于加热炉上不仅扩大了燃料的来源，而且使得高炉煤气等低热值燃料的高效利用成为可能，同时可以有效解决钢铁生产过程中存在的氧气耗散问题。

2、相关技术中，在燃烧过程中，燃烧器易出现局部高温，破坏了炉内温度分布，导致氮氧化物排放升高，而氮氧化物是重要的大气污染物，是引发酸雨、雾霾的重要因素，因而会对环境产生负面影响。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对现有的燃烧器易出现氮氧化物排放升高的问题，提供一种氢气富氧燃烧器。

2、一种氢气富氧燃烧器，应用于加热炉，所述氢气富氧燃烧器包括：

3、助燃空气通道；

4、氢气通道，与所述助燃空气通道沿径向间隔设置；所述氢气通道包括沿径向间隔设置的环形氢气通道和外围氢气通道，且所述外围氢气通道与所述环形氢气通道连通；

5、燃料稀释通道，所述燃料稀释通道的入口与所述外围氢气通道的出口连通，且与所述加热炉的炉膛连通；

6、富氧空气通道，设置于所述助燃空气通道内，且与所述环形氢气通道间隔设置。

7、在其中一个实施例中，所述环形氢气通道和所述外围氢气通道之间连接有分配支管，位于所述环形氢气通道的部分氢气能够通过所述分配支管进入所述外围氢气通道。

8、在其中一个实施例中，所述外围氢气通道的出口设置有射流喷嘴，在亚声速条件下，自所述外围氢气通道入口指向所述外围氢气通道出口的方向，所述射流喷嘴的口径逐渐减小；或

9、所述外围氢气通道的出口设置有射流喷嘴，在超声速条件下，自所述外围氢气通道入口指向所述外围氢气通道出口的方向，所述射流喷嘴的口径先逐渐减小后逐渐增大。

10、在其中一个实施例中，所述助燃空气通道与所述炉膛之间设置有烟气导流结构，所述烟气导流结构用于将所述炉膛内的部分烟气引入所述助燃空气通道。

11、在其中一个实施例中，所述烟气导流结构包括倾斜设置的导流板，所述导流板与所述氢气富氧燃烧器中轴线的夹角为15°至40°。

12、在其中一个实施例中，所述富氧空气通道包括多个，多个所述富氧空气通道沿周向间隔布置；和/或

13、所述富氧空气通道为管型结构；和/或

14、所述燃料稀释通道包括多个，多个所述燃料稀释通道沿周向间隔布置。

15、在其中一个实施例中，所述富氧空气通道的出口设置有用于供富氧空气喷出的径向射流孔和斜向射流孔。

16、在其中一个实施例中，所述径向射流孔包括多个，多个所述径向射流孔沿周向间隔布置；和/或

17、所述斜向射流孔包括多个，多个所述斜向射流孔沿周向间隔布置。

18、在其中一个实施例中，所述氢气富氧燃烧器还包括与所述环形氢气通道沿径向间隔设置的中心空气通道。

19、一种加热炉，包括如上所述的氢气富氧燃烧器。

20、上述氢气富氧燃烧器，包括助燃空气通道、富氧空气通道、氢气通道和燃料稀释通道。由于环形氢气通道和外围氢气通道沿径向间隔设置，且二者连通，因此进入燃烧器的一部分氢气会通过环形氢气通道的出口喷出，另一部分氢气会进入外围氢气通道，并通过外围氢气通道的出口喷入燃料稀释通道中；由于燃料稀释通道与炉膛连通，因此在氢气高速射流的卷吸作用下，炉膛内的高温烟气会被卷吸进入燃料稀释通道内，使得燃料稀释通道出口的氢气被烟气稀释，燃烧反应速率被削弱，从而降低了外围氢气燃烧形成火焰的温度，有效的抑制了高温环境下大量产生的氮氧化物。同时，由于环形氢气通道和外围氢气通道的设置，使得氢气在燃烧器内部实现了径向位置的分级，并在燃烧器出口位置与助燃空气和富氧空气混合，在燃烧器下游形成稳定的高温燃烧区域，降低局部高温的可能，从而实现低氮氧化物排放，降低对环境的污染程度。

技术特征：

1.一种氢气富氧燃烧器，其特征在于，应用于加热炉，所述氢气富氧燃烧器包括：

2.根据权利要求1所述的氢气富氧燃烧器，其特征在于，所述环形氢气通道（2）和所述外围氢气通道（5）之间连接有分配支管（6），位于所述环形氢气通道（2）的部分氢气能够通过所述分配支管（6）进入所述外围氢气通道（5）。

3.根据权利要求1所述的氢气富氧燃烧器，其特征在于，所述外围氢气通道（5）的出口设置有射流喷嘴（8），在亚声速条件下，自所述外围氢气通道（5）入口指向所述外围氢气通道（5）出口的方向，所述射流喷嘴（8）的口径逐渐减小；或

4.根据权利要求1所述的氢气富氧燃烧器，其特征在于，所述助燃空气通道（3）与所述炉膛之间设置有烟气导流结构（12），所述烟气导流结构（12）用于将所述炉膛内的部分烟气引入所述助燃空气通道（3）。

5.根据权利要求4所述的氢气富氧燃烧器，其特征在于，所述烟气导流结构（12）包括倾斜设置的导流板，所述导流板与所述氢气富氧燃烧器中轴线的夹角为15°至40°。

6.根据权利要求1所述的氢气富氧燃烧器，其特征在于，所述富氧空气通道（4）包括多个，多个所述富氧空气通道（4）沿周向间隔布置；和/或

7.根据权利要求1所述的氢气富氧燃烧器，其特征在于，所述富氧空气通道（4）的出口设置有用于供富氧空气喷出的径向射流孔（13）和斜向射流孔（14）。

8.根据权利要求7所述的氢气富氧燃烧器，其特征在于，所述径向射流孔（13）包括多个，多个所述径向射流孔（13）沿周向间隔布置；和/或

9.根据权利要求1所述的氢气富氧燃烧器，其特征在于，所述氢气富氧燃烧器还包括与所述环形氢气通道（2）沿径向间隔设置的中心空气通道（1）。

10.一种加热炉，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的氢气富氧燃烧器。

技术总结
本申请涉及一种氢气富氧燃烧器和加热炉。由于环形氢气通道和外围氢气通道沿径向间隔设置，且二者连通，因此一部分氢气会通过环形氢气通道的出口喷出，另一部分氢气会进入外围氢气通道，并通过外围氢气通道的出口喷入燃料稀释通道中；由于燃料稀释通道与炉膛连通，因此在氢气高速射流的卷吸作用下，炉膛内的高温烟气会被卷吸进入燃料稀释通道内，使得燃料稀释通道出口的氢气被烟气稀释，从而降低了外围氢气燃烧形成火焰的温度，有效的抑制了高温环境下大量产生的氮氧化物。同时，由于环形氢气通道和外围氢气通道的设置，使得氢气可以分两级燃烧，降低局部高温的可能，从而实现低氮氧化物排放，降低对环境的污染程度。

技术研发人员：张龙,周华,张健,任祝寅
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16